本帖最后由 susutata 于 2022-4-14 10:05 编辑
APM32的存储器和寄存器
01 存储器分类
在讲APM32的存储器前，我们首先了解下存储器类别，下面是常见的存储器介绍。
## RAM
Random Access Memory，随机存取存储器。是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。
> 一旦断电所存储的数据将随之丢失。
### SRAMStatic Random-Access Memory，静态随机存取存储器。是RAM的一种，所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。
> 集成度较DRAM低，SRAM一般应用于高速缓存（Level2 Cache）。
### DRAM
Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器。是RAM的一种，所谓的“动态”，是指这种存储器存储的数据想要保持，就需要周期性地更新里面所储存的数据。
> 集成度较SRAM高，一般应用于内存条中。
## ROM
Read-Only Memory，只读存储器。是一种存储固定信息的存储器，在正常工作状态下只能读取数据，不能即时修改或重新写入数据。
> ROM的最大优点是具有不易失性。
### EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，带电可擦可编程只读存储器。是可更改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的作用来擦除和重写。
> 常用于存放硬件设置数据，如PC的BIOS。
### OTP
One Time Programmable，一次性可编程存储器。数据写入后，将不可再次更改和清除。
> 常用于写入产品和安全信息。
### FLASH
Flash是一种块擦写型存储器。Flash不像RAM一样需要电源支持才能保存，但又像RAM一样可重写。在某个级别的低电压下，Flash的内部信息可读不可写，类似于ROM，而在较高的电压下，其内部信息可以更改和删除，又类似于RAM。
> 1.在单片机应用中，一般用作存储程序代码。
> 2.注意上述这个“块”字，Flash的擦除操作是以block块为单位的，进行操作时需要留意字节和地址等对齐问题。
02 Cortex-M4的存储器映射
Cortex-M4的存储器会用到FLASH和SRAM，片外RAM可能还会涉及DRAM。Cortex-M4提供了4GB的可寻址空间，包括： 代码空间； 片内SRAM； 片内外设； 片外RAM； 片外外设； 系统级空间。
在系统级空间中保护NVIC、SysTick、MPU等。同时在片内SRAM和片内外设空间存在2MB的“位带区”，支持“位带”（bit-band）操作。 额外提一点，Cortex-M4内核支持小端（Little-Endian）模式和大端（Big-Endian）模式，但默认采用小端模式，即字的最低位（LSB）位于低地址字节。
> 建议总线、外设和数据的设计都统一采用小端模式，避免不必要的麻烦。
在讲存储器映射前，先来看下APM32的架构和存储器构成，以下以F407xx系列为例。
> 这里我们只要知道，存储器和外设的数据交互是通过总线的即可。
## 存储器构成
APM32F407xx系列的存储器有：
## 存储器映射
什么叫存储器映射呢？存储器本身并不具备地址信息，那么CPU要准确找到存储某个信息的存储单元，就必须为这些单元分配一个相互可区分的标识，这个标识就是常说的地址编码。
而APM32中集成多种存储器，同一类型的存储器当作一组block，为每一个block分配一个数值连续，存储单元数相等，以16进制表示的自然数集合作为存储器Block的地址编码。这种自然数集合与存储器Block的对应关系就是存储器映射。
> 将芯片理论上的地址分配给存储器，这就叫作存储器映射。
### SRAM
APM32F407xx系列拥有最多高达196KB的SRAM，包括4KB的备份SRAM（电池备份区）和192KB的系统SRAM。系统SRAM可按字节、半字（16bit）或全字（32bit）访问。读写操作以CPU速度执行，且等待周期为0。系统SRAM共分为三个块：
### FLASH
APM32F407xx系列拥有最多高达1MB的Flash容量，支持的操作：
128位宽数据读取; 字节、半字、字和双字数据写入; 扇区擦除和全部擦除。
Flash的结构： 主存储器包括4个16KB扇区、1个64KB扇区和7个128KB扇区。 系统存储器30KB大小，系统bootloader时从该存储器启动。 OTP存储器512字节的OTP，只能一次性编程（写0），用于存储用户数据。另外有16字节，用于锁定对应的OTP数据块。 选项字节用于配置读写保护、BOR级别、软硬件看门狗以及器件处于待机或停止模式下的复位。
## 存储器重映射
通常MCU启动都是从0x0000 0000地址处开始，但是MCU为了支持不同的存储介质(FLASH、SRAM等），不同的存储介质被分配到了一个非0地址区域。如果想让MCU从不同存储介质处启动（运行程序），就要进行重映射。
> 单片机的启动也可以叫做“自举”（bootstrap）。
而通过配置单片机的启动模式，我们可以： ### 启动模式和重映射
APM32F4xx系列中，可通过BOOT[1:0]引脚这种硬件机制来选择不同的启动模式。
也可以通过SYSCFG的存储映射选择寄存器（SYSCFG_MMSEL）来配置存储器重映射。
例如自举模式选择主Flash作为自举空间，那么0x0800 0000 - 0x080F FFFF这段存储空间就被重映射到0x0000 0000地址开始的代码空间中。
> APM32的存储器采用固定的存储器映射，代码区域起始地址为 0x0000 0000，而数据区域起始地址为 0x2000 0000。
什么叫寄存器映射？
在存储器映射章节中，我们知道APM32F407xx大部分外设都在0x4000 0000 - 0xA000 0FFF地址中，这些地址以四个字节为一个单元，共32bit。每一个单元对应不同的功能，当我们控制这些单元时就可以驱动相应外设工作。我们可以通过找到每个单元的起始地址，然后通过指针的操作方式来访问这些单元。
但如果每次访问都是通过这种地址的方式，不仅不好操作还容易出错，这时可以根据每个单元功能的差异，以功能为名给这个内存地址单元取一个别名，这个别名就是常说的寄存器。这个给已经分配好地址的、有特定功能的内存单元取别名的过程就叫寄存器映射。
下表是APM32F407xx的寄存器映射。 下面举一个操作GPIOC数据输出寄存器的例子。
> 由总线地址映射表得知，GPIOC外设挂在AHB1总线。
实现的代码：
/** 外设基地址*/
#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)
/** AHB1的地址*/
#define AHB1PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000)
/** GPIOC的地址*/
#define GPIOC_BASE (AHB1PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOC ((GPIO_T *) GPIOC_BASE)
/** GPIOx 寄存器*/
typedef struct
{
union
{
__IOM uint32_t MODE; /*!< Address offset: 0x00 */
struct
{
...
} MODE_B;
};
union
{
__IO uint32_t OMODE; /*!< Address offset: 0x04 */
struct
{
...
} OMODE_B;
};
union
{
__IO uint32_t OSSEL; /*!< Address offset: 0x08 */
struct
{
...
} OSSEL_B;
};
union
{
__IO uint32_t PUPD; /*!< Address offset: 0x0C */
struct
{
...
} PUPD_B;
};
union
{
__IO uint32_t IDATA; /*!< Address offset: 0x10 */
struct
{
...
} IDATA_B;
};
union
{
__IO uint32_t ODATA; /*!< Address offset: 0x14 */
struct
{
__IO uint32_t ODATA0 : 1;
__IO uint32_t ODATA1 : 1;
__IO uint32_t ODATA2 : 1;
__IO uint32_t ODATA3 : 1;
__IO uint32_t ODATA4 : 1;
__IO uint32_t ODATA5 : 1;
__IO uint32_t ODATA6 : 1;
__IO uint32_t ODATA7 : 1;
__IO uint32_t ODATA8 : 1;
__IO uint32_t ODATA9 : 1;
__IO uint32_t ODATA10 : 1;
__IO uint32_t ODATA11 : 1;
__IO uint32_t ODATA12 : 1;
__IO uint32_t ODATA13 : 1;
__IO uint32_t ODATA14 : 1;
__IO uint32_t ODATA15 : 1;
__IO uint32_t RESERVED : 16;
} ODATA_B;
};
......
......
......
} GPIO_T;
/** 操作GPIOC数据输出寄存器*/
GPIOC->ODATA_B.ODATA0 = 0;
> 注意Cortex-M4默认小端模式。
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